“环境治理”和“化学合成”是光催化两类重要的应用领域，本论文重点研究用光催化方法解决两类有重要应用背景课题的瓶颈问题:噻吩化合物氧化脱硫和糠醛还原加氢。　　日益严峻的环境形势要求采取更彻底、更节能的方法从燃料油品中去除含硫物质，以增强和改善目前通行的加氢脱硫(HDS)对空间位阻大的噻吩类脱硫效果差的难题。其中，氧化脱硫(ODS)是有前景的方法之一。因为其与能源密集型且高耗H2的HDS相比，这种方法可在温和的温度和压力条件下进行，氧化剂是空气中的分子氧。其次，ODS对烷基取代或苯并的噻吩类特别有效，如2，4-烷基-噻吩、苯并噻吩和二苯并噻吩，这些噻吩类化合物由于其高的立体位阻而无法用HDS处理。然而，由于芳香C-S键的反应性和油品中烃类化合物几乎是相当的，目前温和的氧化脱硫(ODS)方法很难直接将噻吩及其衍生物转化为无机硫，而一般都是转化成亚砜和砜。砜和亚砜从燃料原料中分离难度大，过程复杂费时。传统的HDS能直接将含硫化合物转化成H2S从油品中逸出的，和HDS相比，ODS迟迟不能替代或补充HDS工艺的难题就是:噻吩类化合物不能彻底断裂芳香的C-S键，成为易分离的无机硫。　　对此，本论文研究开发了一种新的ODS脱硫方法，以杂多酸H3PW12O40为催化剂，在乙腈/异辛烷两相介质中用紫外光光催化活化分子氧来尝试裂解大部分噻吩类化合物。结果表明，激发态的杂多酸能够诱导噻吩类化合物，通过一类重要的中间体噻吩醛，对噻吩底物包括砜或亚砜发生特别的Diels-Alder环加成反应，导致噻吩环芳香性破坏，容易生成H2SO4。噻吩类化合物转化率＞99％，噻吩硫大部分转化为H2SO4（产率＞75％）。进一步用18O同位素标记的分子O2对产物中的氧来源进行同位素分布研究，发现H3PW12O40催化剂的氧没有进入到产物中，催化剂性质稳定。　　把生物质衍生物糠醛（半纤维素水解产物）和低碳醇（淀粉发酵产物）两者结合产生乙酰丙酸酯——一类广泛应用的溶剂、化学品，也是理想的生物燃料——是目前最有前景的可持续发展的途径之一。但在现行的催化路线中，只有用二级醇（主要是异丙醇）才能在温和的条件下对糠醛进行加氢，以控制副反应的发生。热催化使用二级醇有以下三个方面的缺陷:1、二级醇不是主要的生物醇产物;2、热催化加氢需要高温，副反应随温度升高显著增加;3、由于二级醇酯不是目标产物，在下一步产生一级醇酯前还需要另设工序去除过量的异丙醇。本论文提出了以TiO2光催化加氢并结合经典的树脂热催化醇解方案，能够在一锅反应中，任意使用一级或二级C1-C4醇高效率地将糠醛转化为对应的乙酰丙酸酯。这种一锅/两步（光/热反应）串联流程，可以使乙酰丙酸酯的产率稳定达到90％。室温下365nm波长处甲醇体系的量子产率可高达35.5％。更重要的是，本论文发现，光催化和热催化相比，醇的α-C-H键的键能不再是决定醇转化速率快慢的因素，反而是一级醇比二级醇反应速率更快，说明从醇分子到糠醛之间的H转移既不是传统的TiO2光催化路径也不是Lewis酸热催化的Meerwein-Ponndorf-Verley(MPV)机理。　　为此，本论文通过详细的同位素标记、同位素动力学(KIE)、原位衰减全反射红外(in situ ATR-IR)、核磁实验来研究TiO2光催化糠醛加氢机理。实验发现:1、在糠醛的醇溶液中，醇与光照的TiO2的价带空穴和导带电子作用后，所释放的两个氢，分别在TiO2表面Lewis酸和碱位点形成性质完全不同的两类活性氢物种，即Ti-H-和O-H+，然后H-进攻糠醛羰基碳进行亲核加成。2、室温下，甲醇在TiO2表面的解离吸附形成氢键，能引导糠醛从较稳定的O，O-trans构象变为较不稳定的O，O-cis构象异构体;换句话说，将甲醇的解离能转化成较不稳定O，O-cis糠醛分子构象的构象能，活化了糠醛分子，降低了TiO2光催化H-转移加氢的势垒;而在异丙醇或无溶剂环境中，糠醛在TiO2表面吸附总是保持O，O-trans构象异构体。这种不同溶剂环境导致的不同吸附形式的构象异构体，极大地影响到固液表面化学反应动力学的现象，在过去的光催化领域里，并没有被人们意识到。该现象的揭示为高效高量子效率应用光催化转化提供了新的途径。